茅台镇地处大娄山脉的一处低洼地带的马鞍山斜坡上，地理地貌独特，为河谷地带，风景秀丽，依山傍水。

茅台镇的地层由沉积岩组成，为紫红色砾岩、细砂岩的夹红色含砾土岩，具有良好的渗水性。地面水和地下水通过两岸红层渗入赤水河，溶解了红层中多种对人体有益的微量元素，又经过层层渗透过滤变得纯净澄澈、清甜可口，源源不断的 渗进赤水河。

茅台镇核心产区酿酒的用水主要是赤水河的水，赤水河水质好，用这种入口微甜、无溶解杂质的水经过蒸馏酿出的酒特别甘美，故清代诗人曾有“集灵泉于一身，汇秀水东下”的咏句赞美赤水河。

每年的端午节至重阳节，因雨季来临而河水呈赤红色，而端午节至第二年端午节之间，河水则清澈透明。以前河水浑浊时，正是制曲的时间，不需要太多河水，而清水期则为投料的主要时期，需要大量用水。

为了保护酿酒水源地，早在1972年，周恩来总理明确指出：在茅台镇上游100公里内，不能因工矿建设而影响酿酒用水，更不能建化工厂。所以至今赤水河上严禁修建任何有污染的企业，至今赤水河水都可以直接饮用。

中国科学院院士曹文宣指出，赤水河是长江上游自然环境保持最好的流域，极具保护价值。如今，在世界河流都在遭受不同程度污染的背景下，赤水河仍然固守着最好的自然环境，作为长江中上游唯一一条未被开发的一级支流，至今这条河上还没有构建任何水利水电工程，是干流无坝的未有化工厂污染的长江唯一支流，茅台镇上游至今水质无污染，富含对酿造有益的微量物质，水质达到I类标准。